DE3231987C2 - Verfahren zur Herstellung einer Cobaltsilicidschicht in einem Halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Cobaltsilicidschicht in einem Halbleiterbauelement

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Cobaltsilicidschicht in einem Halbleiterbauelement.
Es ist bekannt (J. Vac. Sc. Technol., 17(4), Jul./Aug. 1980, S. 775-792, insb. S. 785 und 786), Cobaltsilicidelektroden als Elektrodenmetalli­ sierungskontakte auf Silicium bei Halbleiter-Transistorbau­ elementen, insbesondere Feldeffekttransistorbauelementen mit isoliertem Gate, kommerziell zu verwenden. Wenn ein aus Cobalt­ silicid bestehender Elektrodenmetallisierungskontakt auf Sili­ cium bei einer Temperatur unterhalb etwa 550°C zu Verfahrens­ beginn hergestellt wird, so wird eine derartige Elektrode im wesentlichen in Form von Cobaltmonosilicid (CoSi) gebildet; falls, wie dies gewöhnlich während der anschließenden Weiter­ verarbeitung erwünscht ist, die Temperatur des hergestellten Bauelements hernach auf einen Wert oberhalb etwa 600°C erhöht wird, so wird das Cobaltmonosilicid in Cobaltdisilicid (CoSi₂) übergeführt, wobei diese Umwandlung zu einer Vergrößerung des Volumens des Cobaltsilicids führt. Eine derartige Volumenver­ größerung kann unerwünschte Formänderungen hervorrufen, und zwar ungeachtet dessen, daß ausreichend Leerraum (der z. B. durch eine freigelegte Oberfläche des Cobaltsilicids vor­ handen ist) da ist, in den sich das Cobaltdisilicid ausdehnen kann.
Falls ein Kontakt auf Silicium unmittelbar als Cobaltdisilicid­ kontakt zu Verfahrensbeginn hergestellt wird (vgl. Journal of Applied Physics, Bd. 46, Nr. 10, Okt. 1975, S. 4301-4307), indem Cobaltmetall in Berührung mit dem Silicium auf eine Temperatur oberhalb etwa 550°C oder 600°C erwärmt wird, führt die anschließende Notwendigkeit, die Verfahrenstemperatur auf einen Wert oberhalb 900°C zu erhöhen (aus Gründen wie z. B. das Gettern von Verunreinigungen, das Warmbehandeln von Schad­ stellen oder das Fließen von Phosphosilikatglas = P-Glas), zu einem unerwünschten Kornwachstum bei dem Cobaltdisilicid. Ferner wird dadurch eine unerwünschte Wanderung von Silicium aus den darunterliegenden Source- und Drainzonen in die Cobaltdisilicid­ elektrode hervorgerufen. Die Erwärmung von Cobaltdisilicid auf Temperaturen von oberhalb etwa 900°C vergrößert ferner in unerwünschter Weise den elektrischen Widerstand des Cobalt­ disilicids (was für eine Gateelektrode besonders unerwünscht ist), und zwar vermutlich wegen der Vermischung des Cobalt­ disilicids mit Silicium. Hinzu kommt, daß bei Temperaturen von oberhalb etwa 600°C eine Reaktion von reinem Cobalt mit dem gewöhnlich auf dem Halbleiterplättchen vorhandenen Silicium­ oxid stattfindet, wodurch sich unerwünschte Komponenten bilden, die sich nur schwer ohne nachteilige Auswirkung auf das Cobaltdi­ silicid entfernen lassen. Des weiteren besitzt Cobalt oberhalb etwa 600°C die Neigung, in der Nähe vorhandene(s) (n) Silicium oder Phosphor mittels Diffusion anzuziehen, wodurch die Gate­ elektrode in unerwünschter Weise verlängert und ggf. vorhan­ denes, phosphordotiertes Glas (P-Glas) verschlechtert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art anzugeben, mit dem aus Cobaltdisilicid bestehende Elektrodenkontakte auf Silicium gebildet werden, wobei uner­ wünschte Formänderungen weitestgehend vermieden sind und insbesondere eine spätere, unerwünschte Änderung des elektri­ schen Widerstandes des Cobaltdisilicids vermieden wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Aufgrund der Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Wärmebehandlung von Schadstellen nach der Herstellung des Bauelements nicht mehr notwendig. Damit fehlt auch das un­ erwünschte Kornwachstum. Die durch Cobaltmetall bewirkte un­ erwünschte Diffusion von Silicium wird bei dem erfindungs­ gemäßen Verfahren dadurch vermieden, daß das metallische Kobalt vor einer Erwärmung auf Werte über 600°C aus den kritischen Stellen entfernt wird (Merkmal c) des Anspruchs 1). Die bei dem ganz am Anfang beschriebenen bekannten Verfahren auftretende Volumenvergrößerung durch Umwandlung von Cobalt­ silicid in Cobaltdisilicid wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vorweggenommen, so daß die bei dem bekannten Ver­ fahren spät und damit unerwünscht auftretende Volumenvergrößerung vermieden wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden aus Cobaltdisilicid bestehende Elektrodenmetallisierungskontakte auf darunterlie­ gendem poly- oder monokristallinem Silicium durch Sintern (Wärmebehandeln) einer mit Silicium in Berührung stehenden Cobaltsilicidschicht in oxidierender Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 700°C oder darüber gebildet. Die oxi­ dierende Atmosphäre enthält vorzugsweise wenigstens etwa 1 Vol.-% Sauerstoff. Auf diese Weise bilden sich Cobaltdisilicid­ elektroden, die mit Siliciumoxid bedeckt sind. Der Silicium­ bestandteil des Siliciumdioxids ist dabei aus der darunter­ liegenden Siliciumschicht durch die Elektrode hindurch­ diffundiert. Die resultierenden Cobaltdisilicid-Elektroden sind relativ stabil während der nachfolgenden Verfahrens­ schritte. Alternativ zu dem vorstehend Gesagten braucht die Atmosphäre, in welcher die Cobaltsilicidschicht bei 700°C oder darüber gesintert wird, nicht unbedingt oxidierend zu sein, wobei in diesem Falle das resultieren­ de Cobaltdisilicid in einem gesonderten Aufbringungsvor­ gang mit einer Siliciumdioxidschicht überzogen wird.
Unter dem nachstehend verwendeten Ausdruck "cobaltreiches Silicid" sollen Cobaltsilicidverbindungen wie z. B. Co₂Si verstanden werden, deren Cobalt/Silicium-Atomverhältnis größer als das von Cobaltmonosilicid ist. Mischungen aus Verbindungen von Cobaltmonosilicid und kobaltreichem Sili­ cid, gleichgültig ob mit Cobaltdisilicid gemischt oder nicht, werden vorliegend der Einfachheit halber als "Cobaltsilicid" bezeichnet.
Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird in einem Silicium-Halbleitersubstrat oder -körper eine Feldeffekttransistorstruktur mit isoliertem Gate herge­ stellt, und zwar mit Source- und Drainelektrodenmetalli­ sierungskontakten auf dem Siliciumkörper oder mit Gate­ elektrodenmetallisierungskontakten auf einem polykristalli­ nen Siliciumgate oder mit beiden genannten Kontakten, wobei alle diese Kontakte im wesentlichen aus Cobaltdi­ silicid bestehen. Diese Metallisierungskontakte werden dadurch gebildet, daß auf dem Silicium (Silici­ umkörper oder -gate) befindliches Cobalt zuerst bei einer relativ niedrigen Temperatur (typischerweise etwa 450°C) und anschließend in einer oxidierenden Atmosphäre (die typischerweise etwa 1% Sauerstoff enthält) bei einer relativ hohen Temperatur (oberhalb etwa 700°C) gesin­ tert wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird auf die Haupt­ oberfläche eines gemusterten Halbleiter-Siliciumplättchens, auf dem der Transistor hergestellt wird, eine Cobaltmetall­ schicht in einer gewünschten Dicke niedergeschlagen. Das Maß oder Stadium der Musterung des Plättchens zum Zeit­ punkt dieses Cobaltniederschlags hängt davon ab, ob man eine Cobaltsilicidmetallisierung einer Gateelektrode oder ob man Source- und Drainelektroden wünscht. Nach dem Niederschlag der Metallschicht aus Cobalt wird das Metall bei einer relativ niedrigen Temperatur (etwa 450°C) auf das darunterliegende Silicium oder Polysilicium (= poly­ kristallines Silicium), mit dem die Cobaltschicht in Be­ rührung steht, aufgesintert, um Cobaltsilicid zu bilden. Das nicht umgesetzte Cobalt, d. h., das in Berührung mit siliciumfreien Bereichen (typischerweise Siliciumdioxid- oder P-Glasbereiche) stehende Cobalt, wird durch selek­ tives Ätzen entfernt, wodurch zwar das Cobalt, nicht aber das Cobaltsilicid entfernt wird. Anschließend - jedoch vor jeder weiteren, eine Erwärmung beinhaltenden Verar­ beitung (was zu unerwünschten Formänderungen aufgrund der die Bildung von Cobaltdisilicid begleitenden Volumen­ änderung führen würde) wird das Cobaltsilicid erneut gesintert, und zwar dieses Mal in einer oxidierenden Atmosphäre (welche typischerweise etwa 2% Sauerstoff enthält) bei einer relativ hohen Temperatur (typischer­ weise etwa 700 bis 950°C oder darüber), um Elektroden aus Cobaltdisilicid zu bilden.
Bei der Bildung einer Source- und Drainelektrodenmetalli­ sierung im Anschluß an die erfindungsgemäße Herstellung der Cobaltdisilicidelektroden wird in vorteilhafter Weise auf dem Cobaltdisilicid in-situ dotiertes Poly­ silicium niedergeschlagen, um eine gute Stufenabdeckung für den weiteren Niederschlag einer Aluminiummetallisierung auf dem Polysilicium zu erhalten und gleichzeitig das Cobaltdisilicid gegen unerwünschte Reaktionen ("Nadelbil­ dung") des Aluminiums mit dem Cobaltdisilicid in den Source- und Drainbereichen zu schützen, was andernfalls Wärmebe­ handlungen des Plättchens bei oder über etwa 400°C erforder­ lich machen könnte.
Die elektrischen Widerstände der resultierenden, erfin­ dungsgemäß hergestellten Cobaltdisilicidelektroden können Werte bis herab auf 20 µOhm · cm annehmen, wobei die Kon­ taktwiderstände im wesentlichen gleich oder kleiner als diejenigen Kontaktwiderstände sind, die man bei Verwendung von unmittelbar in Kontakt mit Silicium oder Polysilicium stehendem Aluminium erhält. Des weiteren sind diese Cobaltdisilicidelektroden in geeigneter Weise stabil gegen eine unerwünschte Wanderung von Cobalt, die sich andern­ falls während der weiteren Transistorherstellungsschritte bei den relativ hohen Temperaturen (oberhalb etwa 600°C) einstellen würde, welche gewöhnlich zum Gettern von Verun­ reinigungen, zum chemischen Dampfniederschlag von Phospho­ silicatglas, zur elektrischen Isolation oder zum chemischen Dampfniederschlag von zu Dichtungszwecken benutztem Silicium­ nitrid erforderlich sind. Es versteht sich jedoch, daß die relativ hohe Temperatur (700 bis 900°C oder darüber), bei der das Cobaltdisilicid in der oxidierenden Atmosphäre stabilisiert wird, nicht so hoch wie die höchste, nach­ folgend verwendete Verarbeitungstemperatur zu sein braucht.
Theoretische Überlegungen zeigen, daß die oxidierende Eigenschaft der Atmosphäre, in welcher das Cobaltdisilicid bei oder oberhalb von 700°C stabilisiert wird, für die Vermeidung einer Bildung von Cobaltmonosilicid oder von cobaltreichen Siliciden sowie für die Ermöglichung eines dünnen (etwa 5 bis 7 nm dicken) Überzuges aus Siliciumdioxid auf der Cobaltdisilicidschicht günstig ist, wobei dieser Überzug wiederum zur Unterdrückung einer anschließenden Diffusion zwischen dem Cobaltdisilicid und in der Nähe befindlichem Silicium oder Phosphor günstig ist. Die Brauchbarkeit der vorliegenden Erfindung hängt indessen von der Richtigkeit dieser theoretischen Überlegungen nicht ab.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 bis 6 Querschnitte durch die verschiedenen Herstellungs­ stadien eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Zur Klarstellung sei darauf hingewiesen, daß keine der Zeich­ nungen maßstäblich ist.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, werden zur Herstellung eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate auf einem Silicium­ plättchen oder -körper 11 nacheinander eine Feld­ oxidschicht 12, eine Gateoxidschicht 13, eine Polysilicium­ schicht 14, eine mit Öffnungen versehene, gemusterte Siliciumdioxid-Maskierungsschicht 15 und eine Cobaltmetall­ schicht 16 aufgebracht. Die Polysiliciumschicht 14 hat eine Dicke, die gewöhnlich im Bereich von etwa 200 bis 500 nm, typischerweise etwa 300 nm liegt. Die Cobaltschicht 16 hat eine Dicke, die gewöhnlich im Bereich von etwa 30 bis 70 nm, typischerweise etwa 50 nm liegt. Diese Cobalt­ schicht läßt sich beispielsweise mittels bekannter Argon­ ionen-Sprühtechniken bei Raumtemperatur oder mittels Auf­ dampfen niederschlagen, wobei im letztgenannten Falle der Siliciumkörper auf etwa 200 bis 250°C gehalten wird, wie dies beispielsweise in dem Aufsatz von G.J. VanGurp et al. in der Zeitschrift "Journal of Applied Physics", Bd. 46, 1975, Seiten 4308 bis 4311, insbesondere Seiten 4308 bis 4309 beschrieben ist. Die so hergestellte Struktur wird hernach in einer inerten Atmosphäre, beispielsweise Form­ gas (Stickstoff mit etwa 15 Vol.-% Wasserstoff) bei einem Druck von 1 at erwärmt, so daß die Cobaltschicht 16 auf eine erste Temperatur im Bereich von etwa 400 bis 550°C, typischerweise etwa 450°C, über einen Zeitraum von typischer­ weise etwa 2 Stunden erwärmt wird. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird infolge dieser ersten Wärmebehandlung die Cobaltschicht 16 in eine Cobaltsilicidschicht 18 an den Bereichen überge­ führt, wo sich die Cobaltschicht 16 in unmittelbarem Kontakt mit der Polysiliciumschicht 14 befindet. Die Cobaltschicht 16 bleibt dagegen an den Bereichen, wo sie über der Maskie­ rungsschicht 15 liegt, eine Cobaltschicht 26 (Fig. 2). Anschließend wird die Cobaltschicht 26 entfernt, beispiels­ weise mittels einer Ätzbehandlung der Struktur mit einer Säurelösung, die typischerweise aus einer 5 : 3 : 1 : 1 Volumen­ mischung aus konzentrierter Essigsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure und Schwefelsäure besteht (vgl. C. J. Smithells "Metals Reference Handbook", Bd. 1, 6. Auflage, 1983 10.3.6), wodurch die Cobaltsilicidschicht 18 intakt bleibt, wie in Fig. 3 veranschaulicht ist.
Anschließend wird der freigelegte Bereich der Siliciumdi­ oxid-Maskierungsschicht 15 entfernt, beispielsweise mittels selektiver Ätzung mit gepufferter Flußsäure (BHF), wo­ bei die Cobaltsilicidschicht 18 als Schutzmaske gegen die Ätzwirkung benutzt wird. Im weiteren Verlauf werden die freigelegten Bereiche der Polysiliciumschicht 14 entfernt, beispielsweise mittels Plasmaätzung oder reaktiver Ionen­ ätzung, wobei wiederum die Cobaltsilicidschicht 18 als Schutzmaske gegen die Ätzwirkung benutzt wird. Als nächstes werden die freigelegten Bereiche der Siliciumdioxidschicht 13 mit einer Lösung wie z. B. handelsüblicher gepufferter Fluß­ säure (30 : 1) geätzt, wodurch jedoch die Cobaltsilicid­ schicht 18 nicht entfernt wird. Der restliche, verdünnte Polysiliciumschichtabschnitt 24 und ein Siliciumdioxid­ schichtabschnitt 23 liegen dann unter der Cobaltsilicid­ schicht 18. Diese Cobaltsilicidschicht 18 wird nunmehr in Cobaltdisilicid übergeführt.
Nach Reinigung der oberen Oberfläche der Struktur, typischer­ weise mit handelsüblicher gepufferter Flußsäure (30 : 1) über einen Zeitraum von etwa 30 bis 60 Sekunden, wird die soweit hergestellte Struktur einer zweiten Wärmebehandlung, dieses Mal in einer oxidierenden Atmosphäre, bei einer zweiten Temperatur von zumindest 700°C, gewöhnlich im Bereich von etwa 700 bis 1000°C und typischerweise von etwa 900°C, über einen Zeitraum von einer halben Stunde unterzogen. Diese oxidierende Atmosphäre ist in vorteilhafter Weise ein inertes Gas, wie z. B. Argon, das mit Sauerstoff in einer molaren Konzentration im Bereich von etwa 1 bis 5%, typischerweise etwa 2%, gemischt ist. Infolge dieser letztgenannten Wärmebehandlung wird die Cobaltsilicid­ schicht 18 in eine Cobaltdisilicidschicht 28 (Fig. 4) über­ geführt.
Für die meisten Transistorbauelementeanwendungen, insbe­ sondere Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate, ist es wichtig, daß die Cobaltdisilicidschicht 28 nicht in die darunterliegende Siliciumdioxidschicht 23 eindringt; es sollte deshalb für die Polysiliciumschicht 14 eine entsprechend große Dicke gewählt werden, so daß nach erfolgter chemischer Reaktion ein Teil der Polysilicium­ schicht 24 noch unter der Cobaltdisilicidschicht 28 ver­ bleibt. Das restliche Polysilicium steht dann gegebenen­ falls zur Bildung (mittels Diffusion) von Siliciumdi­ oxid als Isolator auf der Oberseite des Cobaltdisilicids zur Verfügung.
Anschließend werden die n⁺-Source- und Drainzonen 21 und 22 gebildet, beispielsweise mittels herkömmlicher Ionen­ implantation und -diffusion von Donatoren, wobei die kom­ binierte Cobaltdisilicidschicht 28 und Polysiliciumschicht als (selbstausgerichtete) Schutzmaske gegen das Ein­ dringen von Dotierstoff unter die darunterliegenden Schich­ ten dient.
Anschließend werden eine Phosphosilikatglas-(P-Glas)- Schicht 25 und eine mittels chemischen Dampfniederschlages aufgebrachte Siliciumnitridschicht 26 aufeinanderfolgend auf der Struktur, bei erhöhten Temperaturen typischerweise im Bereich von etwa 700°C bis 900°C bzw. etwa 700°C bis 800°C gebildet. Die mittels chemischen Dampfniederschlags aufge­ brachte Siliciumnitridschicht wird dann an ausgewählten Stellen z. B. mittels Plasmaätzung isotropisch geätzt, wo­ bei diese ausgewählten Stellen über denjenigen Bereichen der Source- und Drainzonen 21 und 22 liegen, wo die Source- und Drainelektrodenkontakte auf dem Silicium gebildet werden sollen. Dabei wird eine gemusterte Siliciumnitrid­ schicht 26 (Fig. 5) gebildet, was zum Schutz des herzu­ stellenden Transistors gegen solche Verunreinigungen wie z. B. Wasserstoff günstig ist. Hernach wird die P-Glas­ schicht z. B. mittels Ionenstrahlätzung selektiv anisotro­ pisch geätzt, um eine gemusterte P-Glasschicht 25 zu bil­ den und die darunterliegenden Bereiche der Source- und Drainzonen 21 und 22 freizulegen.
Anschließend wird eine weitere Cobaltschicht, deren Dicke im Bereich von etwa 10 bis 70 nm, typischerweise bei etwa 50 nm, liegt, niedergeschlagen. Die Struktur wird dann auf eine relativ niedrige Temperatur von 400 bis 550°C, typischerweise etwa 450°C, über einen Zeitraum von einer halben Stunde erwärmt, so daß sich die letztgenannte Cobalt­ schicht mit dem Silicium unter Bildung von Cobaltsilicid­ elektroden 31 und 32 an den freigelegten Bereichen der Source- und Drainzonen 21 und 22 verbindet. Das restliche Cobalt an den komplementären Bereichen der Struktur wird entfernt, beispielsweise mittels einer Säureätzung (wie dies z. B. vorstehend in Verbindung mit der Cobaltsilicid­ schicht 18 beschrieben wurde), ohne daß das Cobaltsilicid mitentfernt wird. Nach Reinigung der Struktur, typischer­ weise mit handelsüblicher gepufferter Flußsäure (30 : 1), werden die Cobaltsilicidelektroden 31 und 32 in Cobalt­ disilicidelektroden 41 und 42 mit Hilfe einer vorstehend in Verbindung mit der Bildung der Cobaltdisilicidschicht 28 beschriebenen Erwärmung übergeführt, d. h., durch Er­ wärmen in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Tempera­ tur im Bereich von etwa 700 bis 1000°C, typischerweise etwa 900°C über einen Zeitraum von einer halben Stunde. Diese Cobaltdisilicidelektroden stehen mit den Source- und Drainzonen 21 bzw. 22 in direktem Kontakt.
Anschließend wird eine Polysiliciumschicht, die vorzugs­ weise in-situ mit Phosphor dotiert ist (die Dotierung erfolgt dabei während des Aufbringens der Schicht), über der gesamten oberen Oberfläche der bis dahin herge­ stellten Struktur aufgebracht. Dann wird zwecks Getterung von Verunreinigungen die Struktur auf eine Temperatur im Bereich von etwa 950 bis 1000°C typischerweise in einer Phosphortribromid-(PBr₃)-Dampfatmosphäre mit etwa 2% Sauerstoff in Stickstoff über einen Zeitraum von etwa 30 Minuten erwärmt.
Anschließend wird beispielsweise mittels Aufdampfens auf der zuletzt aufgebrachten Polysiliciumschicht eine Alu­ miniumschicht niedergeschlagen. Die Aluminium- und Poly­ siliciumschichten werden mit Hilfe herkömmlicher Maskie­ rung und Ätzung selektiv geätzt, um eine Polysilicium­ metallisierungsschicht 33 und eine Aluminiummetallisierungs­ schicht 34 zu bilden, die für die Zwischenverbindung der Source- und Drainzonen 21 und 22 der Transistorstruktur 100 geeignet sind. Die Polysiliciumschicht 33 dient zur Ermöglichung einer guten Metallisierungsstufenüberdeckung sowie zur Errichtung einer wünschenswerten Sperre gegen eine Diffusion zwischen dem Aluminium und dem Cobaltdisili­ cid. Schließlich wird eine im Plasma aufgebrachte Silicium­ nitridschicht 35 auf der gesamten oberen Oberfläche der Struktur 100 ausgebildet, um das darunterliegende Bauelement abzudichten und zu schützen.
Die phosphordotierte Polysiliciumschicht 33 bleibt gegen eine unerwünschte Vermischung mit dem darunterliegenden Cobaltdisilicid solange stabil, als alle weiteren Ver­ fahrensschritte unterhalb etwa 950°C ausgeführt werden. Falls die Polysiliciummetallisierungsschicht 33 mit Bor anstelle von Phosphor dotiert wird, tritt aufgrund der Vermischung des Polysiliciums mit dem darunterliegenden Cobaltdisilicid eine unerwünschte Instabilität auf, sofern ein nachfolgender Verfahrensschritt oberhalb von etwa 800°C ausgeführt wird; aus diesem Grund erfolgen im Falle einer Bordotierung alle nachfolgenden Verfahrensschritte vorzugs­ weise bei Temperaturen gut unterhalb 800°C, wie z. B. etwa 500°C.
Bei einem typischen Beispiel betrugen die ungefähren Dickenabmessungen der verschiedenen Schichten:
Feldoxidschicht 12|1000 nm
Gateoxidschicht 13 25 nm
Polysiliciumschicht 14 300 nm
Maskierungsoxidschicht 15 150 nm
P-Glasschicht 25 1500 nm
Nitridschicht 26 (chem. Dampfniederschlag) 120 nm
Polysiliciumschicht 33 350 nm
Aluminiumschicht 34 1000 nm
Nitridschicht 35 (Plasmaniederschlag) 1200 nm
Es versteht sich, daß die vorstehenden Erläuterungen der verschiedenen Schritte zur Bildung der Struktur 100 nur beispielhaft sind und die Verwendung zahlreicher Ver­ feinerungen, Substitutionen und Zusätze, wie z. B. weitere Reinigungs- und Wärmebehandlungsschritte nach dem Stand der Technik, nicht ausschließen. Ferner kann die mittels chemischen Dampfniederschlags hergestellte Nitridschicht 26 in Fällen weggelassen werden, in denen das "Heißelektronen"- Problem (das z. B. durch unerwünschte Wechselwirkungen bezüglich Wasserstoff im Gateoxid hervorgerufen wird) keine ernsthafte Rolle spielt (beispielsweise dann, wenn die Source-Drain-Betriebsspannung etwa 5 Volt nicht übersteigt).
Trotzdem die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungs­ beispiels erläutert wurde, lassen sich zahlreiche Abwand­ lungen vornehmen, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
Die zweite Wärmebehandlung in der oxidierenden Atmosphäre erzeugt eine dünne (etwa 5 bis 10 nm dicke) Schicht aus Siliciumdioxid auf der Oberfläche des Cobaltdisilicids, wo­ bei das in dieser Siliciumdioxidschicht umgesetzte Silicium aus der darunterliegenden Polysiliciumschicht heraufdiffun­ diert ist. Alternativ zu dieser zweiten Wärmebehandlung in oxidierender Atmosphäre kann auf die Cobaltsilicidschicht vor einer Wärmebehand­ lung bei 700°C oder darüber zwecks Überführung des Cobalt­ silicids in Cobaltdisilicid eine Siliciumdioxidschicht beispielsweise mittels eines chemischen Dampfniederschlags aufgebracht werden.
Die Technik zur erfindungsgemäßen Herstellung der relativ stabilen Cobaltdisilicidelektroden läßt sich zur Herstellung derartiger Elektroden auch bei anderen elektronischen Bau­ elementen anwenden. Ferner können die erfindungsgemäß her­ gestellten Cobaltdisilicidelektroden nur für die Gateelek­ trode in Verbindung mit anderweitig hergestellten Elektro­ den für die Source- und Drainkontakte oder umgekehrt sowie in Verbindung mit anderen Techniken zum elektrischen Iso­ lieren von Gate, Source und Drain und schließlich in Ver­ bindung mit anderen Techniken (als die beschriebene Technik eines Siliciumnitridniederschlags im Dampf oder im Plasma) zum Abdichten der Bauelementestruktur vorge­ sehen werden. Schließlich lassen sich zwischen den vor­ stehend erläuterten Schritten zur Cobaltdisilicidbildung und Aluminiummetallisierung zahlreiche Wärmebehandlungs­ schritte, typischerweise bei Temperaturen im Bereich von 450 bis 950°C, einschieben.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer Cobaltsilicidschicht in einem Halbleiterbauelement, bei dem
  • a) eine Cobalt-Metallschicht auf einen strukturierten Silicium­ wafer, der freiliegende Silicumabschnitte aufweist, nieder­ geschlagen wird,
  • b) das Cobalt auf 400 bis 500°C erwärmt wird, um eine Cobalt­ silicidschicht auf den freiliegenden Siliciumabschnitten zu bilden,
  • c) das nicht umgesetzte Cobaltmetall selektiv entfernt wird und
  • d) die Cobaltsilicidschicht zur Umsetzung in eine Cobaltdisili­ cidschicht in oxidierender Gasumgebung oder bei körperlichem Kontakt zwischen der Cobaltsilicidschicht und einer Siliciumdioxid­ schicht auf mindestens 700°C erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) auf etwa 450°C erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt d) die oxidierende Umgebung 1 bis 5 Vol.-%, vorzugsweise etwa 2 Vol.-%, Sauerstoff, Rest Inertgas, enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt d) eine halbe Stunde lang auf 700 bis 1000°C, vorzugsweise auf 900 bis 950°C, erwärmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine in-situ dotierte Polysiliciumschicht auf der Cobalt­ disilicidschicht niedergeschlagen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminiumschicht auf der Polysiliciumschicht nieder­ geschlagen wird.
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